在过程自动化中使用4-20mA信号的目的是什么?
工业自动化是通过从现场设备向控制器发送信号来实现的，这个信号将是一个4 -20毫安模拟信号。以做物理信号的传输等压力，温度我们需要将其转换为电信号，这可以在传感器的帮助下实现。欧宝体育黑人么4-20mA是一个标准信号，可以用来进行这种传输。因此，这些信号将到达像DCS这样的控制系统的控制器，从而可以控制过程。的4-20mA用于传输的信号将表示过程变量的百分比。在早期，工业控制是通过气动系统实现的，在那段时间里，3psi - 15psi被用作标准信号。3 psi是0,15 psi是100%。小于3psi为故障状态。后来3- 15psi被4-20mA取代。
4-20mA控制回路如何用于工业过程控制?欧宝体育登录口
变送器将流量或温度等传感器输入转换为4-20mA信号。它将从外部回路电源中获取或汲取电力。发射机通过从电源中抽取电源来调节电源电路中的4-20mA信号。传输到控制器的4-20mA信号是模拟电流信号，当它到达控制器时，它将转换为数字信号。
4-20mA信号将被控制器解释为过程中测量的压力或温度。因此，根据接收到的信号，控制器会像阀门一样向最终控制元件发出命令信号，从而控制过程压力和温度。
为什么不用0 -20mA代替4-20mA?
在使用0 -20mA时引起的问题是，我们将无法区分连接中断和最小字段值。因此，通过使用4-20mA信号，内部电路将能够区分连接中断和最小场值。因此，如果该值是最小值，则发射机将给出4mA，而在连接中断期间，它将给出0mA。
4mA被称为工程零
0mA被称为死零。
为什么在过程自动化中使用电流信号而不是电压信号?
电压信号不用于从现场设备到控制器的信号传输，因为电压信号会在很长的距离上下降。所以由于这个传输是在电流回路中完成的。我们可以通过电流环将信息远距离传输到遥远的地方。电流回路的操作非常简单，将传感器的输出电压转换成成比例的电流值。这将被传输到接收器部分，4mA表示零电平输出，20mA表示传感器的满量程输出。
控制站的接收器将电流转换成电压，这将由控制器进一步处理。长距离传输电流会产生电压降。这些电压降可以认为是环路降，如果变送器和环路电源能够补偿这些电压降，不会降低4-20mA的电流。回路中的电流大小不受系统中电压降的影响。回路中的电流在回路的任何一点上都是等效的。在工业环境中可能有很多噪声，电流回路系统的低阻抗使其对产生的噪声不那么敏感。
拿走分数
- 使用电压信号时电压下降
- 电压信号受噪声影响
- 电流信号可以远距离传输信号
为什么选择4-20mA而不是1 - 5V?
这是因为1 -5V信号会由于线路电阻而下降。因此，如果现场设备与控制器之间的距离大于，则1-5V信号将无法正确表示现场值。但在4-20mA信号的情况下，不会有任何这样的问题，它可以从场传输很长一段距离而不降低信号值。
为什么使用4mA低范围和为什么20mA用于4-20mA信号的上限范围?
在早期，变送器利用气压信号进行传输，之后，电子芯片取代了它。这些芯片至少需要3mA的电流才能正常工作。我们使用4mA作为较低的范围，而不是0mA，这是因为如果我们使用0mA，那么就没有任何功率来驱动现场仪器。
如果我们使用0mA而不是4mA，那么我们将无法识别传感器的零值或传输信号问题。由于电压降问题，电压信号无法传输，因此换能器中的电压信号将转换为电流信号。变送器将电压信号转换为电流信号，然后将此信号通过铜线传输到控制器输入卡。在控制器部分，使用250欧姆电阻，用于将4-20mA转换为1-5V。电压范围1-5V是常见的，因为大多数早期的微控制器使用5V电源。信号将被转换回直流1-5V的电压信号，这样做是为了让输入卡可以确定值。
根据欧姆定律V = IR
R是电阻，I是电流，V是电压
1安培= 1000mA
| 当前(mA) | 电阻(欧姆) | 电压v = I * r |
| 0 | 250 | 0 |
| 4 | 250 | 1 |
| 8 | 250 | 2 |
| 12 | 250 | 3. |
| 16 | 250 | 4 |
| 20. | 250 | 5 |
所以这就是为什么使用20mA作为4-20mA信号的上限范围。
4-20mA信号的主要优点是什么?
4-20mA电流回路有很多优点
- 它们对导线电阻不敏感
- 对多个接收器(分流器)不敏感
- 简便的信号滤波
- 低成本的布线
- 长距离传输
- 比数字信号传输成本低
循环验证
传感器的零点传输为4mA，环路中的开路可以被检测到。如果该仪器测量的值小于4mA，则该仪器将能够确定回路中有故障。如果接收仪器测量的值高于20mA，那么仪器也能够确定环路的问题。
回路电阻
4-20mA信号的主要优点是它们能够通过长途电缆工作。因此，与电压信号相比，回路电流信号不会受到压降的影响，直到电源电压能够提供所需的回路电流。
抗噪声
4-20mA系统中的电流环路阻抗较低，因此，与电压驱动系统相比，信号的抗噪性较高。
4-20mA接线有哪些不同类型?
回路供电(2线)
在这种类型的布置中，传感器通常是两线设备。这两根电线既可以为传感器供电，也可以接收传感器发出的信号。在这种类型的布线安排中，发射机和传感器位于远程，不使用本地电源。输入电路相对于回路供电地浮动。
回路供电的优点
- 功耗很低
- 发射机只需要两根电缆芯
- 不需要地方权力
回路供电的缺点
- 这种类型的接线配置会在故障条件下产生一些电流，由于这种故障，发射机的信号不能设置在0mA
- 输出选项有限
- 这种类型的安排不适合使用更多功率的发射机
非隔离(3线)
这种类型的排列是最常用的4-20mA布线。因此，在这种布线方式中，发射机和控制面板将使用相同的电源线。在这种接线安排中，发射机将位于电源附近，并且输入参考电源地。
优势
- 我们可以为控制器和发射机使用一个共同的电源
- 发射机只使用了三根电缆
- 比四线布线成本低
缺点
- 如果有任何电气干扰，那么它就可欧宝体育黑人么以沿着信号线传输
现场供电(4线)
这是用于现场供电的安排，传感器将主要是一个四线设备。两根电线将用于为传感器供电，其余两根电线将用于将信号从传感器传输到接收机。接收器由电阻组成，用来将回路电流转换成电压。
现场电源接线的优点
- 如果在电压供电线路中有任何电气干扰，那么它将不会欧宝体育黑人么传输到4-20mA信号线
- 不会有任何电压下降
现场供电接线的缺点
- 每个发射机都需要一个额外的电缆芯
- 由于布线较多，价格昂贵
- 发射器和控制面板需要一个单独的电源
在4-20mA环路中会发生什么问题?
- 终端不良或绝缘腐蚀会影响运行。
- 电源过载会影响回路运行
- 如果控制器不能正确地解释mA信号，那么就不会有任何过程控制欧宝体育登录口
- 如果发射机没有根据测量的传感器输入转换mA信号，发射机的问题将影响工作
- 传感器出现问题也会影响工艺运行
